(57)【要約】【課題】  内燃機関用吸気過給装置の部品点数の削減および小型化を達成することを課題とする。【解決手段】  低負荷運転時に、第１ロータ２１をロックし、且つ第２モータ３２で複数の弁２７の弁開度を可変とする弁開閉制御（吸気量可変制御）を実施する。これにより、アクセル操作に対応した吸入空気量の空気を、エンジンの燃焼室内に供給することができる。また、高負荷運転時には、第１モータ３１のみで第１、第２ロータ２１、２２と複数の弁２７を含む内蔵物全体を弁全閉状態で回して吸入空気を過給する過給制御を実施する。また、フル加速時には、第２モータ３２のみで内蔵物全体を弁全開状態で回して空気吸入遅れを解消する。したがって、理想の燃費および出力を得ることができ、且つ内燃機関用吸気過給装置の部品点数の削減および小型化を達成することができる。【選択図】  図１
2006083767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）内燃機関の吸気管の途中に介装された円筒形状のケーシングと、
（ｂ）このケーシングの中心位置から偏心した位置で回転自在に設けられた回転体と、  （ｃ）この回転体を、所定の回転速度で回転駆動する電動機と、
（ｄ）前記回転体の周縁に回転自在に軸支されて、前記回転体の周縁に接触して前記ケーシングの内周と前記回転体の外周との間に環状空間を形成すると共に、前記ケーシングの内周に接触して前記環状空間を複数の可変容積空間に区画する複数の弁体と、
（ｅ）前記複数の弁体を前記ケーシングの内周に接触させる弁全閉状態と前記複数の弁体を前記回転体の周縁に接触させる弁全開状態とを切り替える開閉状態切替手段と
を備えた電動過給機において、
前記開閉状態切替手段は、吸入空気の過給が不要な低負荷運転時またはアイドル運転時に、前記弁全閉状態と前記弁全開状態との中間の中間開度状態に切り替えると共に、アクセル操作に対応して前記複数の弁体の弁開度を可変とする吸気量可変制御を行うことを特徴とする電動過給機。
【請求項２】
請求項１に記載の電動過給機において、
前記開閉状態切替手段は、吸入空気の過給が必要な高負荷運転時に、前記弁全閉状態に切り替えると共に、アクセル操作に対応して前記電動機の回転速度を制御する過給制御を行うことを特徴とする電動過給機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電動過給機において、
前記回転体は、前記ケーシング内に回転自在に収容されて、前記ケーシングの中心位置よりも偏心した位置に回転中心位置を有する筒状の第１回転体と、この第１回転体と一体回転または相対回転が可能な第２回転体とに２分割されており、
前記第１回転体は、内部に空洞部を有し、
前記第２回転体は、前記第１回転体の空洞部内を自由に移動することが可能で、且つ前記第１回転体の空洞部内に回転自在に収容されていることを特徴とする電動過給機。
【請求項４】
請求項３に記載の電動過給機において、
前記電動機は、前記第１回転体に駆動連結されて、前記第１回転体を介して前記複数の弁体および前記第２回転体を回転駆動することが可能な第１電動機と、前記第２回転体に駆動連結されて、前記第２回転体を介して前記複数の弁体および前記第１回転体を回転駆動することが可能な第２電動機とによって構成されていることを特徴とする電動過給機。
【請求項５】
請求項４に記載の電動過給機において、
前記開閉状態切替手段は、前記複数の弁体を閉弁方向に付勢する弁体付勢手段と、この弁体付勢手段の付勢力および前記第１、第２電動機の回転力を利用して、前記複数の弁体を開弁方向または閉弁方向に駆動する弁体駆動手段とによって構成されていることを特徴とする電動過給機。
【請求項６】
請求項５に記載の電動過給機において、
前記第１回転体の周縁には、前記複数の弁体を回転自在に支持するための複数の支軸が設けられており、
前記弁体付勢手段は、金属線材または非金属線材よりなる複数の線状弾性体であって、  前記複数の弁体は、前記第１回転体に前記複数の支軸を介してそれぞれ連結され、且つ前記第２回転体に前記複数の線状弾性体を介してそれぞれ連結されていることを特徴とする電動過給機。
【請求項７】
請求項６に記載の電動過給機において、
前記複数の線状弾性体の各々は、前記第２回転体の外周に巻き付けられた状態で保持されており、
前記複数の線状弾性体の各々の前記第２回転体の外周から前記複数の弁体に至るまでの長さは、前記複数の線状弾性体の各々の付勢力を均等化するために略均等の長さに設定されていることを特徴とする電動過給機。
【請求項８】
請求項５ないし請求項７のうちのいずれか１つに記載の電動過給機において、
前記弁体駆動手段は、前記弁体付勢手段の付勢力を利用して、前記第１回転体を介して前記複数の弁体を閉弁方向に駆動する機能と前記第１回転体を回転駆動する機能とを兼ね備えた第１電動機と、前記弁体付勢手段の付勢力を利用して、前記第２回転体を介して前記複数の弁体を開弁方向に駆動する機能と前記第２回転体を回転駆動する機能とを兼ね備えた第２電動機とによって構成されていることを特徴とする電動過給機。
【請求項９】
請求項８に記載の電動過給機において、
前記第２電動機と前記第２回転体との間には、前記第２回転体を、前記ケーシングの中心位置近傍と前記第１回転体の回転中心位置近傍とを結ぶ軸線上を直線的に往復移動させることが可能なフレキシブルジョイントが設けられていることを特徴とする電動過給機。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の電動過給機において、
前記第２電動機は、前記第１電動機によって前記第１回転体を介して前記複数の弁体および前記第２回転体が回転駆動されると発電を行う電動発電機であって、過給制御時に発電機として機能させて、バッテリの充電および電気装置へ電力を供給することを特徴とする電動過給機。
【請求項１１】
請求項８ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載の電動過給機を備えた内燃機関用吸気過給装置において、
運転者のアクセル操作量に対応した目標吸気量を設定し、この目標吸気量に基づいて前記第２電動機の回転角度を制御する過給機制御装置を備え、
前記過給機制御装置は、前記吸入空気の過給が不要な低負荷運転時またはアイドル運転時に、前記第１電動機の運転を停止し、且つ前記複数の弁体が前記ケーシングの内周との間に前記目標吸気量に対応した所定の隙間を形成するように前記第２電動機を運転することを特徴とする内燃機関用吸気過給装置。
【請求項１２】
請求項８ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載の電動過給機を備えた内燃機関用吸気過給装置において、
前記内燃機関の運転状態に対応した前記電動過給機の目標回転速度および前記電動過給機の目標過給圧を設定し、この前記電動過給機の目標回転速度および前記電動過給機の目標過給圧に基づいて前記第１、第２電動機の回転速度を制御する過給機制御装置を備え、  前記過給機制御装置は、運転者の加速要求時または前記第１電動機の応答遅れを要因として前記電動過給機の目標過給圧に実過給圧が追従しない時に、先ず前記第１電動機の運転を停止し、且つ前記第２電動機を一定の回転速度で運転し、次に前記第１電動機の運転を開始して前記第１電動機の回転速度を前記電動過給機の目標回転速度まで増速して行き、次に前記第１電動機の回転速度が前記電動過給機の目標回転速度に近づいたら前記第２電動機の回転速度を徐々に低下させて行き、次に前記第１電動機の回転速度が前記電動過給機の目標回転速度に略一致したら前記第２電動機の運転を停止することを特徴とする内燃機関用吸気過給装置。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載の内燃機関用吸気過給装置において、
前記過給機制御装置は、前記第１電動機の異常故障を検出する第１電動機故障検出手段、および前記第２電動機の異常故障を検出する第２電動機故障検出手段を有し、
前記第１電動機の異常故障を検出した時に、前記第１電動機の運転を停止し、且つ前記第２電動機のみを運転する制御を行い、
前記第２電動機の異常故障を検出した時に、前記第２電動機の運転を停止し、且つ前記第１電動機のみを運転する制御を行うことを特徴とする内燃機関用吸気過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの吸気管の途中に介装されて、流入した吸入空気を圧縮してエンジンの燃焼室内に圧送供給する電動過給機を備えた内燃機関用吸気過給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
［従来の技術］
従来より、内燃機関の吸気管の途中に介装されて、流入した吸入空気を圧縮して内燃機関の燃焼室内に圧送供給する過給機（スーパーチャージャー）と、この過給機を回転駆動する電動機と、内燃機関の運転状態に応じて設定される目標吸気圧に基づいて電動機の回転速度を制御する過給機制御装置とを備えた内燃機関用吸気過給装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは、トルク増大や出力増大を図る必要が有る時には、電動機で過給機を駆動して吸入空気を過給すると共に、過給の必要がない低負荷運転時には、内燃機関の吸引力を利用して過給機を回して効率向上を図るようにしている。
【０００３】
［従来の技術の不具合］
ところが、従来の特許文献１に記載の内燃機関用吸気過給装置においては、内燃機関の吸気管に、過給機の他に、スロットルバルブ（ＴＨＶ）を内蔵するスロットルボデーや、アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣＶ）を内蔵するハウジングが組み込まれており、特に電子制御式のスロットルバルブにおいてはスロットル開度センサ等の機能部品も必要となることから、部品点数が多く、内燃機関用吸気過給装置が大型化するという問題が生じている。
【０００４】
また、特許文献１に記載の内燃機関用吸気過給装置は、運転者がアクセルぺダルを急激に踏み込む等の急加速時に、電動機の応答遅れに起因して、運転者のアクセル操作量に対応して設定される過給機の目標過給圧に対する制御過給圧（実過給圧）の追従性が悪くなる。これにより、運転者が急加速したい時には、運転者のアクセル操作量に対応して設定される目標吸気量に対する、過給機からエンジンの燃焼室内に圧送供給される実吸気量の追従遅れが生じるため、エンジン回転速度の上昇遅れが生じ、運転者のアクセル操作量に対応した加速感を得ることができず、ドライバビリティを悪化させるという問題が生じる。また、電動機と過給機制御装置とを接続するワイヤーハーネスが断線したり、ショートしたりして、電動機がフェイル（異常停止）した時には、過給機の回転が止まり、内燃機関を回すのに必要な最小限の空気量を圧送することができなくなるので、内燃機関が止まってしまうという問題が生じる。
【０００５】
上記のような課題を解決する方法として、特許文献１に記載の過給機を、特許文献２に記載の容積形ポンプ（図８参照）に変更することが考えられる。ここで、容積形ポンプは、円筒形状のケーシング１０１と、このケーシング１０１内に偏心した状態で収納されたロータ１０２とを備えている。ケーシング１０１の下面には、吸引口１０３および吐出口１０４が形成されている。ロータ１０２は、電動モータの出力軸が入力嵌合部１０５に嵌合されることにより電動モータの回転がロータ１０２に伝えられるように構成されている。また、ロータ１０２の外周上には、支点軸を持った湾曲形状からなる４個の弁１０６が配設されている。なお、容積形ポンプは、これらの各弁１０６間とケーシング１０１の内周面とロータ１０２の外周面とによって、ケーシング１０１内に形成される真円状のキャビティが、４つの可変容積空間１０７に区画されている。
【０００６】
また、従来の特許文献２に記載の容積形ポンプの構造は、ロータ１０２の外周上に支点軸を持った湾曲形状からなる弁１０６を４個構成しており、ロータ１０２が回転すると、弁１０６は遠心力でケーシング１０１の内周面に接触しながら回り、可変容積空間１０７の容積が増大および減少を繰り返すことで、可変容積空間１０７内に吸入した空気を圧送するようになっている。したがって、ポンプ休止時には、弁１０６が負圧力によってロータ１０２の外周側に閉じ、吸気通路の連通を確保でき、エンジンストールを防止できるが、弁１０６を内燃機関用吸気過給装置の過給機に使用すると、例えばアイドル運転時や低負荷運転時等の過給が必要なく吸入空気量が少ない運転状態の時に、ロータ１０２は電動モータにより回転されていないので、遠心力が働かず、内燃機関の吸引力（容積形ポンプよりも下流側の吸気管負圧）によって弁１０６がロータ１０２の外周側に張り付き、吸気通路が全開となってしまい、吸入空気量の増加に伴ってエンジン回転速度が過大となる可能性がある。
【特許文献１】特開２００２−３５７１２７号公報（第１−４頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−１０６２７５号公報（第１−４頁、図１−図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、吸入空気の過給が不要な低負荷運転時またはアイドル運転時に、アクセル操作に対応した吸気量可変制御を行うことが可能な構造を採用することで、内燃機関用吸気過給装置の部品点数の削減および小型化を達成することのできる電動過給機を提供することにある。また、吸入空気の過給が必要な高負荷運転時に、確実に複数の弁体をケーシングの内周に接触させることで、吸入空気を確実に過給することのできる電動過給機を提供することにある。また、運転者の加速要求時または第１電動機の応答遅れを要因として目標過給圧に実過給圧が追従しない時に、弁全開状態に切り替えることで、実吸気量の追従遅れおよびエンジン回転速度の上昇遅れを解消してドライバビリティを向上させることのできる電動過給機を備えた内燃機関用吸気過給装置を提供することにある。また、第１、第２電動機の異常故障時に、内燃機関が止まるのを防止することのできる電動過給機を備えた内燃機関用吸気過給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、吸入空気の過給が不要な低負荷運転時またはアイドル運転時に、開閉状態切替手段によって弁全閉状態と弁全開状態との中間の中間開度状態に切り替えると共に、アクセル操作に対応して複数の弁体の弁開度を可変とする吸気量可変制御を行うことにより、内燃機関の吸入行程で発生する吸気負圧（内燃機関の吸引力）によってケーシング内に流入した吸入空気が、複数の弁体とケーシングの内周との間に形成されるクリアランス（隙間）を経由して、内燃機関の燃焼室内に吸入される。このような電動過給機を内燃機関用吸気過給装置に用いた場合には、内燃機関の吸気管に組み付けられるスロットルバルブ、アイドルスピードコントロールバルブ、スロットル開度センサ等の機能部品を廃止することができるので、内燃機関用吸気過給装置の部品点数の削減および小型化を達成することが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、吸入空気の過給が必要な高負荷運転時に、開閉状態切替手段によって弁全閉状態に切り替えると共に、アクセル操作に対応して電動機の回転速度を制御する過給制御を行うことにより、複数の弁体がケーシングの内周に接触することで区画された複数の可変容積空間のうちの少なくとも１つの可変容積空間の容積が回転体の回転に伴って増大と減少とを繰り返すので、可変容積空間内に流入した吸入空気が、圧縮された状態で内燃機関の燃焼室内に吐出される。これにより、内燃機関の燃焼室内に吸入される吸入空気を確実に過給することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、回転体を、ケーシング内に回転自在に収容されて、ケーシングの中心位置よりも偏心した位置に回転中心位置を有する筒状の第１回転体と、この第１回転体と一体回転または相対回転が可能な第２回転体とに２分割している。そして、第１回転体の内部に第２回転体を収容する空洞部を設けることにより、第２回転体が自由に移動することが可能となる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、電動機を、第１回転体に駆動連結されて、第１回転体を介して複数の弁体および第２回転体を回転駆動することが可能な第１電動機と、第２回転体に駆動連結されて、第２回転体を介して複数の弁体および第１回転体を回転駆動することが可能な第２電動機とによって構成することにより、仮に第１電動機が異常故障した場合でも第２電動機によって第２、第１回転体を駆動でき、また、第２電動機が異常故障した場合でも第１電動機によって第１、第２回転体を駆動できる。
【００１２】
請求項５に記載の発明によれば、開閉状態切替手段を、複数の弁体を閉弁方向に付勢する弁体付勢手段と、この弁体付勢手段の付勢力および第１、第２電動機の回転力を利用して、複数の弁体を開弁方向または閉弁方向に駆動する弁体駆動手段とによって構成することにより、複数の弁体をケーシングの内周に接触させる弁全閉状態と、複数の弁体を第１回転体の周縁に接触させる弁全開状態と、弁全閉状態と弁全開状態との中間の中間開度状態とに切り替えることができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明によれば、第１回転体の周縁に、複数の弁体を回転自在に支持するための複数の支軸を設けている。また、弁体付勢手段として、金属線材または非金属線材よりなる複数の線状弾性体を用いている。そして、複数の弁体は、第１回転体に複数の支軸を介してそれぞれ連結され、且つ第２回転体に複数の線状弾性体を介してそれぞれ連結されている。これにより、第１回転体および第１電動機で、第２回転体、第２電動機、複数の弁体および複数の線状弾性体を含む内蔵物全体を回すことで、複数の弁体がケーシングの内周に接触して環状空間を複数の可変容積空間に区画する弁全閉状態で回転する。また、第２回転体および第２電動機で、複数の線状弾性体、複数の弁体、第１回転体および第１電動機を含む内蔵物全体を回すことで、複数の弁体が第１回転体の周縁に接触して環状空間を形成する弁全開状態で回転する。
【００１４】
請求項７に記載の発明によれば、複数の線状弾性体の各々は、第２回転体の外周に巻き付けられた状態で保持されている。そして、複数の線状弾性体の各々の第２回転体の外周から複数の弁体に至るまでの長さを、複数の線状弾性体の各々の付勢力を均等化するために略均等の長さに設定することにより、第１回転体の回転を停止した状態で、第２電動機で第２回転体を正転方向に回すと、複数の線状弾性体の各々が第２回転体の外周に更に巻き付けられるため、複数の線状弾性体の付勢力によって複数の弁体が支軸を中心にして第１回転体の周縁側に引っ張られ、複数の弁体が第１回転体の周縁に接触して環状空間を形成する弁全開状態に切り替えられる。また、第１回転体の回転を停止した状態で、第２電動機で第２回転体を逆転方向に回すと、複数の線状弾性体の各々の巻き付けが緩められるため、複数の線状弾性体の付勢力によって複数の弁体が支軸を中心にしてケーシングの内周側に押圧され、複数の弁体がケーシングの内周に接触して環状空間を複数の可変容積空間に区画する弁全閉状態に切り替えられる。
【００１５】
請求項８に記載の発明によれば、弁体駆動手段を、弁体付勢手段の付勢力を利用して、第１回転体を介して複数の弁体を閉弁方向に駆動する機能と第１回転体を回転駆動する機能とを兼ね備えた第１電動機と、弁体付勢手段の付勢力を利用して、第２回転体を介して複数の弁体を開弁方向に駆動する機能と第２回転体を回転駆動する機能とを兼ね備えた第２電動機とによって構成することにより、第１、第２電動機をそれぞれ２台使用する場合と比べて部品点数を削減できる。また、請求項９に記載の発明によれば、第２電動機と第２回転体との間にフレキシブルジョイントを設けることにより、第２回転体を、ケーシングの中心位置近傍と第１回転体の回転中心位置近傍とを結ぶ軸線上を直線的に往復移動させることが可能となる。さらに、請求項１０に記載の発明によれば、第２電動機として、第１電動機によって第１回転体を介して複数の弁体および第２回転体が回転駆動されると発電を行う電動発電機を用いている。そして、過給制御時には、第２回転体が第１電動機によって第１回転体および複数の弁体と共に回されるので、第２電動機が発電機として機能して、バッテリの充電および電気装置へ電力を供給することができる。
【００１６】
請求項１１に記載の発明によれば、吸入空気の過給が不要な低負荷運転時またはアイドル運転時に、第１電動機の運転を停止し、且つ複数の弁体がケーシングの内周との間に目標吸気量に対応した所定の隙間を形成するように第２電動機を運転することにより、目標吸気量に対応して複数の弁体の弁開度を可変とする吸気量可変制御を行うことができる。これによって、内燃機関の吸入行程で発生する吸気負圧（内燃機関の吸引力）によってケーシング内に流入した吸入空気が、複数の弁体とケーシングの内周との間に形成されるクリアランス（所定の隙間）を経由して、内燃機関の燃焼室内に吸入される。これにより、内燃機関の吸気管に組み付けられるスロットルバルブ、アイドルスピードコントロールバルブ、スロットル開度センサ等の機能部品を廃止することができるので、内燃機関用吸気過給装置の部品点数の削減および小型化を達成することが可能となる。
【００１７】
請求項１２に記載の発明によれば、運転者の加速要求時または第１電動機の応答遅れを要因として電動過給機の目標過給圧に実過給圧が追従しない時に、先ず第１電動機の運転を停止し、且つ第２電動機を一定の回転速度で運転することで、複数の弁体が第１回転体の周縁に接触して環状空間を形成する弁全開状態に切り替える。これにより、実吸気量の追従遅れおよびエンジン回転速度の上昇遅れを解消できるので、例えば運転者のアクセル操作量に対応した加速感を得ることができ、ドライバビリティを向上させることが可能となる。このように弁全開状態にしてから、第１電動機の運転を開始して第１回転体を回し始め、第１電動機（または第１回転体）の回転速度を電動過給機の目標回転速度まで増速させる。次に、第１電動機（または第１回転体）の回転速度が電動過給機の目標回転速度に近づいたら、例えば第１回転体の回転速度が空気全開相当になり始めたら、第２電動機（または第２回転体）の回転速度を徐々に低下させて行く。次に、第１電動機の回転速度が電動過給機の目標回転速度に略一致したら、第２電動機の運転を停止して、複数の弁体がケーシングの内周に接触して環状空間を複数の可変容積空間に区画する弁全閉状態に切り替えることにより、トルクショックもなく、スムーズな過給を行うことが可能となる。  
【００１８】
請求項１３に記載の発明によれば、第１電動機の異常故障を検出した時には、第１電動機の運転を停止し、且つ第２電動機のみを運転する制御、例えばスロットルバルブのように複数の弁体の開閉制御を行うことにより、内燃機関の吸入行程で発生する吸気管負圧によりケーシングの内周と複数の弁体との間に形成されるクリアランス（隙間）を経由して内燃機関の燃焼室内に吸入空気を吸入することが可能となるので、車両を通常走行させることができる（また、例えば弁全開状態に切り替えることにより、内燃機関の吸入行程で発生する吸気管負圧によりケーシングの内周と第１回転体（または複数の弁体）の外周との間に形成される環状空間を経由して内燃機関の燃焼室内に吸入空気を吸入することが可能となる）。これにより、内燃機関が止まってしまうことを防止できるので、車両を安全な場所に退避走行（リンプホーム）させることができる。また、第２電動機の異常故障を検出した時には、第２電動機の運転を停止し、且つ第１電動機のみを運転する制御、例えば弁全閉状態に切り替えると共に、目標過給圧に対応して第１電動機（または第１回転体）の回転速度を制御する過給制御を行うことにより、内燃機関の燃焼室内に吸入される吸入空気を過給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態は、内燃機関用吸気過給装置の部品点数の削減および小型化を達成するという目的を、吸入空気の過給が不要な低負荷運転時またはアイドル運転時にアクセル操作に対応した吸気量可変制御を行うことが可能な構造を採用することで実現した。また、吸入空気の過給が必要な高負荷運転時に吸入空気を確実に過給するという目的を、吸入空気の過給が必要な高負荷運転時に確実に複数の弁体をケーシングの内周に接触させることで実現した。
【実施例１】
【００２０】
［実施例１の構成］
図１ないし図７は本発明の実施例１を示したもので、図１（ａ）、図３および図４は電動過給機の弁全閉状態を示した図で、図１（ｂ）、図６および図７は電動過給機の弁全開状態を示した図である。
【００２１】
本実施例の内燃機関用吸気過給装置は、図２および図５に示したように、多気筒４サイクルガソリンエンジン等の電動過給機付内燃機関（スーパーチャージャーエンジン：以下エンジンと略す）に吸入空気を供給するためのエンジン吸気管１、およびこのエンジン吸気管１の途中に介装された弁位置可変式の電動過給機（スーパーチャージャー）２等によって構成されている。ここで、エンジンは、吸入空気と燃料との混合気を燃焼室４内で燃焼させて得る熱エネルギーにより出力を得るもので、エンジン吸気管１の下流端に気密的に連結される吸気ポート（インテークポート）３を形成するシリンダヘッドと、吸気ポート３より混合気が吸入される燃焼室４を形成するシリンダブロックとを備えている。シリンダヘッドの一方側に形成される吸気ポート３は、吸気バルブ（インテークバルブ）６により開閉される。また、シリンダヘッドの他方側に形成される排気ポート（エキゾーストポート）５は、排気バルブ（エキゾーストバルブ）７により開閉される。
【００２２】
そして、シリンダヘッドとシリンダブロックとで形成されるシリンダ内には、エンジンのクランクシャフト（エンジン出力軸：図示せず）にコンロッド（図示せず）を介して連結されるピストン８が摺動自在に配設されている。なお、シリンダヘッドには、先端部が燃焼室４内に露出するようにスパークプラグ（図示せず）が取り付けられている。また、シリンダヘッドには、吸気ポート３の壁面または吸気バルブ６の背壁面に燃料を噴射する電磁式燃料噴射弁（インジェクタ）９が取り付けられている。また、エンジンには、エンジンの稼働状態や運転状態を検出する各種センサ、およびそれらを統合制御するエンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと呼ぶ）等によって構成される電子制御式燃料噴射装置が搭載されている。この電子制御式燃料噴射装置は、電動式のフューエルポンプ（図示せず）により燃料を一定の圧力以上に加圧してフューエルフィルタ（図示せず）を介してインジェクタ９へ送り、最適な噴射タイミングで、最適な燃料噴射量の燃料噴射を実施できるようにしたシステムである。
【００２３】
一方、エンジン吸気管１の内部には、電動過給機２よりも上流側に位置し、電動過給機２に吸入空気を送り込むための吸気通路１１、および電動過給機２よりも下流側に位置し、エンジンの燃焼室４内に吸入空気を送り込むための吸気通路１２が形成されている。そして、エンジン吸気管１は、吸入空気を濾過するエアクリーナ１３と、このエアクリーナ１３のケース１４の下流端に気密的に連結された吸気ダクト１５と、この吸気ダクト１５の下流端に電動過給機２を介して気密的に連結されて、吸気脈動を吸収するサージタンク１６と、このサージタンク１６の下流端に気密的に連結されたインテークマニホールド（またはインテークパイプ：図示せず）とから構成されている。なお、吸気ダクト１５には、吸入空気量を計測するエアフローメータ１７が組み込まれている。
【００２４】
本実施例の電動過給機２は、エンジン吸気管１の途中に介装されたケーシング１９と、このケーシング１９の中心位置から偏心した位置で回転自在に設けられた回転体と、この回転体を、所定の回転速度で回転駆動する電動機等の回転体駆動手段とを備えている。その回転体は、ケーシング１９内に回転自在に収容されて、ケーシング１９の中心位置よりも偏心した位置に回転中心位置を有する略円筒状の第１ロータ（第１回転体）２１と、この第１ロータ２１と一体回転または相対回転が可能な第２ロータ（第２回転体）２２とに２分割されている。
【００２５】
ケーシング１９は、例えばステンレス鋼等の金属材料により円筒形状に形成されている。このケーシング１９の筒方向（軸線方向）の一端には、円板状の第１プレート（図示せず）が取り付けられており、また、ケーシング１９の筒方向（軸線方向）の他端には、円板状の第２プレート（図示せず）が取り付けられている。そして、ケーシング１９内には、第１、第２ロータ２１、２２が回転自在に収容されている。なお、ケーシング１９の一方側（図２および図５において図示左斜め上側）には、ケーシング１９の内周面と第１ロータ２１の外周面との間に形成される環状空間２３内に吸入空気を吸入するための空気吸入口（図示せず）が形成されている。また、ケーシング１９の他方側（図２および図５において図示右側）には、上記の環状空間２３内より吸入空気を吐出するための空気吐出口（図示せず）が形成されている。
【００２６】
第１ロータ２１は、例えばステンレス鋼等の金属材料により所定の円筒形状に形成されており、ケーシング１９の中心位置から偏心した回転中心位置を中心に回転自在に設けられた円筒状のロータ本体２４、このロータ本体２４の外周側に嵌め合わされて、ロータ本体２４と一体的に回転する略矩形筒状のバルブホルダ２５、このバルブホルダ２５の各角部より外方に突出した棚状部（周縁：図示せず）に設けられた嵌合孔（図示せず）に回転自在に差し込まれた複数のピン（支軸）２６、およびこれらのピン２６に回転自在に支持された複数の弁（バルブ、弁体）２７を有している。
【００２７】
ロータ本体２４およびバルブホルダ２５を一体化した第１ロータ２１には、図１に示したように、第１モータ３１の駆動軸（第１モータシャフト、出力軸：図示せず）の外周に嵌合する嵌合部（図示せず）が形成されている。そして、第１モータ３１の駆動軸の一端は、ケーシング１９の第１プレートに設けられたベアリング（図示せず）およびシール部材（図示せず）により回転自在に軸支されている。また、ロータ本体２４の内部には、第２ロータ２２を回転自在に収容する空洞部２８が設けられている。そして、バルブホルダ２５の各角部には、複数の弁２７の一端部の略円筒形状に対応した略円弧形状のバルブ支持部２９が設けられている。また、バルブホルダ２５の隣設する２つの角部間には、複数の弁２７が接触すると、第１ロータ２１の外周側に形成される円形状空間内に複数の弁２７を格納することが可能な平坦な外周縁（格納部）３０が設けられている。
【００２８】
第２ロータ２２は、例えばステンレス鋼等の金属材料により所定の円筒状または円柱状に形成されており、第１ロータ２１と相対回転運動が可能なように、第１ロータ２１のロータ本体２４の内周に所定の寸法のクリアランス（隙間）を介して嵌め合わされている。第２ロータ２２の一端部には、図１に示したように、フレキシブルジョイント３４を介して第２モータ３２の駆動軸（第２モータシャフト、出力軸）３３の外周に嵌合する嵌合部が形成されている。そして、フレキシブルジョイント３４の図示左端は、ケーシング１９の第２プレートに設けられたベアリング（図示せず）およびシール部材（図示せず）により回転自在に軸支され、且つ図示上下方向に移動可能に保持されている。そして、第２ロータ２２の外周には、複数のスプリング３５の各々を外周に巻き付けた状態で保持する保持部が形成されている。なお、この保持部に、複数のスプリング３５の各々の一端を係止する係止溝を設けても良い。
【００２９】
複数の弁２７は、例えばステンレス鋼等の金属材料により所定の形状に形成されており、その各々の一端部（円筒部）が第１ロータ２１の各ピン２６に嵌合することにより第１ロータ２１の棚状部（周縁）に回転自在に軸支されている。これらの弁２７は、第１ロータ２１のバルブホルダ２５の外周縁３０に接触して、ケーシング１９の内周面と第１ロータ２１のバルブホルダ２５の外周面（複数の弁２７の外側壁面）との間に環状空間２３を形成する弁全開状態と、ケーシング１９の内周面に接触（摺接）して、上記の環状空間２３を複数の可変容積空間３７に区画する弁全閉状態との間の動作可能範囲内において、弁開度が任意に可変とされている。そして、複数の弁２７の各々の他端部（の外側壁面）には、ケーシング１９の内周面に接触（摺接）するシート部４１が設けられている。また、複数の弁２７の各々の内側壁面には、第１ロータ２１のバルブホルダ２５の外周縁３０に接触する接触部４２が設けられている。
【００３０】
そして、複数の弁２７は、第１ロータ２１に複数のピン２６を介してそれぞれ連結され、且つ第２ロータ２２に複数のスプリング３５を介してそれぞれ連結されている。なお、複数の弁２７は、外側壁面の形状が湾曲形状（円弧形状）とされており、これらの弁２７が弁全開状態に切り替えられた際に、第１ロータ２１と複数の弁２７とからなる回転物の外形形状が略円形状となるように構成されている。さらに、複数の弁２７の各々の一端部（円筒部）は、第１ロータ２１と相対回転運動が可能なように、第１ロータ２１のバルブ支持部２９の外壁面に所定の寸法のクリアランス（隙間）を介して嵌合保持されている。  
【００３１】
ここで、本実施例の電動過給機２は、複数の弁２７のシート部４１をケーシング１９の内周面に接触させる弁全閉状態（過給制御状態）と、複数の弁２７の接触部４２を第１ロータ２１の外周縁３０に接触させる弁全開状態（空気全開制御状態）と、弁全閉状態と弁全開状態との中間の中間開度状態（吸気量可変制御状態、弁開閉制御状態）とを切り替える開閉状態切替手段を備えている。この開閉状態切替手段は、複数の弁２７を閉弁方向に付勢する複数のスプリング３５と、第１、第２モータ３１、３２の回転力および複数のスプリング３５の付勢力を利用して、複数の弁２７を開弁方向および閉弁方向に駆動する弁体駆動手段とによって構成されている。
【００３２】
この弁体駆動手段は、複数のスプリング３５の付勢力を利用して、第１ロータ２１を介して複数の弁２７を閉弁方向に駆動する弁体駆動手段としての機能と第１ロータ２１、複数の弁２７、複数のスプリング３５および第２ロータ２２を図示右回転方向に回転駆動する回転体駆動手段としての機能とを兼ね備えた第１モータ（第１電動機）３１と、複数のスプリング３５の付勢力を利用して、第２ロータ２２および複数のスプリング３５を介して複数の弁２７を開弁方向に駆動する弁体駆動手段としての機能と第２ロータ２２、複数のスプリング３５、複数の弁２７および第１ロータ２１を図示右回転方向（または図示左回転方向）に回転駆動する回転体駆動手段としての機能とを兼ね備えた第２モータ（第２電動機）３２とによって構成されている。
【００３３】
第１モータ３１は、第１ロータ２１、複数の弁２７、複数のスプリング３５および第２ロータ２２よりなる内蔵物全体を図示右回転方向に回転駆動することで、複数の弁２７が弁全閉状態で内蔵物全体を回すことが可能なアクチュエータである。この第１モータ３１は、駆動軸に一体化されたロータ、およびこのロータの外周側に対向配置されたステータよりなるブラシレスＤＣモータであって、ロータには、永久磁石（マグネット）を有するロータコアが設けられ、また、ステータには、ステータコイルが巻回されたステータコアおよびステータコイルの起磁力により磁化されるヨークケーシングが設けられている。
【００３４】
第２モータ３２は、第２ロータ２２、複数のスプリング３５、複数の弁２７および第１ロータ２１よりなる内蔵物全体を図示右回転方向に回転駆動することで、複数の弁２７が弁全開状態で内蔵物全体を回すことが可能なアクチュエータである。また、第２モータ３２は、第１モータ３１の回転力により第１ロータ２１を介して第２ロータ２２が回される時に、車両に搭載された車載バッテリの充電および電気装置へ電力を供給する発電機としての機能を兼ね備えている。この第２モータ３２は、駆動軸３３に一体化されたロータ、およびこのロータの外周側に対向配置されたステータよりなる三相誘導電動発電機等の交流（ＡＣ）モータであって、ロータには、永久磁石（マグネット）を有するロータコアが設けられ、また、ステータには、三相のステータコイルが巻回されたステータコアが設けられている。
【００３５】
ここで、第２ロータ２２の嵌合部と第２モータ３２の駆動軸３３との間には、第２ロータ２２を、ケーシング１９の中心位置近傍と第１ロータ２１の回転中心位置近傍とを結ぶ軸線上を直線的に往復移動させることが可能なフレキシブルジョイント（例えばゴムホース等）３４が設けられている。このフレキシブルジョイント３４は、図１に示したように、一端が第２モータ３２の駆動軸３３の先端外周にバンド等の締め付け部材を用いて締め付け固定され、また、他端が第２ロータ２２の嵌合部の先端外周にバンド等の締め付け部材を用いて締め付け固定されている。
【００３６】
複数のスプリング３５は、複数の弁２７のシート部４１をケーシング１９の内周面に押圧する方向（閉弁方向）に付勢する弁体付勢手段であって、軟鋼線材または硬鋼線材またはピアノ線材等の金属線材、あるいは非金属線材よりなる複数の線状弾性体を使用している。これらのスプリング３５の各々の一端部は、第２ロータ２２の保持部の外周に巻き付けられた状態で保持されている。また、複数のスプリング３５の各々の他端は、複数の弁２７の各々の端面に設けられた係止溝３９に係止されている。そして、複数のスプリング３５の各々の第２ロータ２２の保持部の外周から複数の弁２７の各係止溝３９に至るまでの長さは、複数のスプリング３５の各々の付勢力を均等化するために略均等の長さに設定されている。
【００３７】
ここで、本実施例では、電動過給機２によってより多くの吸入空気（圧縮流体）を過給することによってエンジンの高出力化および低燃費化の両立を図るという目的で、エンジンの運転状態を検出する各種センサからのセンサ信号に基づいて、電動過給機２の稼働状態が最適条件となるように第１、第２モータ３１、３２の回転速度および複数の弁２７の弁開度を可変制御するＥＣＵを備えている。このＥＣＵの内部には、ＣＰＵ、ＲＡＭまたはＲＯＭ等のメモリ、入力回路、出力回路、電源回路および第１、第２モータ駆動回路等の機能を含んで構成されるマイクロコンピュータ（過給機制御装置、開閉状態切替手段）が設けられ、各種センサからのセンサ信号がＡ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換された後に、マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
【００３８】
マイクロコンピュータには、エアフローメータ（吸入空気量センサ）１７からの吸入空気量信号、吸気温センサ（温度センサ：図示せず）からの吸気温信号、吸気圧センサ（圧力センサ：図示せず）からの吸気圧信号または過給圧信号、アクセル開度センサ（図示せず）からのアクセル開度信号、およびクランク角度センサ（図示せず）からのクランク角度信号等のセンサ信号が入力される。ここで、エアフローメータ１７および吸気温センサは、電動過給機２よりも上流側のエンジン吸気管１（例えば吸気ダクト１５）に設置されており、また、吸気圧センサは、電動過給機２よりも下流側のエンジン吸気管１（例えばサージタンク１６）に設置されている。なお、マイクロコンピュータは、クランク角度センサからのクランク角度信号のパルス間隔時間を計測することでエンジン回転速度を検出する。
【００３９】
そして、ＥＣＵは、エアフローメータ１７からの吸入空気量信号と計測したエンジン回転速度とから基本噴射量を計算し、この基本噴射量に各種センサからのセンサ信号による補正を加えて指令噴射量を決定している。なお、吸気管圧力とエンジン回転速度とから基本噴射量を直接計算しても良い。
また、電動過給機２よりも下流側の吸気管圧力を吸気圧センサによって検出し、この検出した吸気管圧力と計測したエンジン回転速度とをＥＣＵで演算することにより間接的に吸入空気量を求めるようにしても良い。この場合には、エアフローメータ１７を廃止できる。
【００４０】
［実施例１の制御方法］
次に、本実施例の内燃機関用吸気過給装置の制御方法を図１ないし図７に基づいて簡単に説明する。
【００４１】
イ）吸入空気の過給が不要な低負荷運転時またはアイドル運転時
ＥＣＵは、アクセル開度が小さく、エンジン回転速度が低速の場合、第１モータ３１のステータコイルへの通電を停止（オフ、ＯＦＦ）し、且つ第２モータ３２のステータコイルに印加する過給機駆動電流を調整して、第１ロータ２１に対して第２ロータ２２を相対回転させて複数の弁２７を全開方向に駆動することで、弁全閉状態と弁全開状態との中間の中間開度状態に切り替える。そして、ＥＣＵは、複数の弁２７の弁開度を、アクセル開度とエンジン回転速度とに対応して可変とする吸気量可変制御を実施する。
なお、第２モータ３２の目標相対回転角度を、運転者のアクセル操作量のみにより算出するようにして、第２モータ３２の実相対回転角度が第２モータ３２の目標相対回転角度となるように第２モータ３２のステータコイルに印加する過給機駆動電流を調整するようにしても良い。
【００４２】
エンジンの吸気行程では、吸気バルブ６が開かれ、排気バルブ７が閉じられ、ピストン８が上死点から下死点に向かって下降運動すると、混合気がエンジンの吸気ポート３を経由して燃焼室４内に吸入される。このとき、エアクリーナ１３で濾過された空気は、エアフローメータ１７を通り、吸気通路１１を経由して、ケーシング１９に設けられた空気吸入口から環状空間２３内に流入する。この環状空間２３内に流入した吸入空気は、ケーシング１９の内周面と複数の弁２７との間に形成されるクリアランス（隙間）を経由して、ケーシング１９の空気吐出口より、吸気通路１２内に吐出される。したがって、電動過給機２より流出した吸入空気は、サージタンク１６およびインテークマニホールド（またはインテークパイプ）を経由してエンジンの吸気ポート３内に到達する。そして、吸気ポート３内で、インジェクタ９の噴射孔から噴射された燃料噴霧と混合して燃焼室４内に吸入される。
【００４３】
吸気バルブ６が閉じられ、ピストン８が上昇する圧縮行程では、混合気の中で霧化されている燃料が気化し、空気と混ざって燃え易いガスになりながら、燃焼室４内で圧縮されていく。そして、ピストン８が上死点に達して温度、圧力が共に高くなったところで、スパークプラグの電極間に電気火花を飛ばして点火すると、混合気が急速に燃焼し、圧力の高まった燃焼ガスによってピストン８が押し下げられ、エンジンのクランクシャフトが回される（爆発行程）。そして、ピストン８が下死点に達したところで、排気バルブ７が開かれ、燃焼ガスがエンジンの排気ポートから噴出すると共に、ピストン８が上昇して燃焼室４内に残った燃焼ガスを追い出す（排気行程）。本実施例のエンジンでは、以上のような吸気行程、圧縮行程、爆発行程および排気行程の４行程を、エンジンのクランクシャフトが２回転（７２０°ＣＡ）する間に実施する。
【００４４】
ロ）吸入空気の過給が必要な高負荷運転時
ＥＣＵは、アクセル開度が大きく、エンジン回転速度が高速（または低速）の場合、アクセル操作を含むエンジンの運転状態、例えばアクセル開度とエンジン回転速度とから目標過給圧を計算し、吸気圧センサからの吸気管圧力を実過給圧として検出する。次に、目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいて、第１モータ３１の目標回転速度を計算し、第１モータ３１の実回転速度が目標回転速度となるように第１モータ３１のステータコイルに印加する過給機駆動電流を調整する。
【００４５】
また、吸入空気の過給が必要な高負荷運転時には、第２モータ３２のステータコイルへの通電を停止する。これにより、第１ロータ２１および第１モータ３１で、第２ロータ２２、複数の弁２７、第２モータ３２および複数のスプリング３５を含む内蔵物全体が図示右回転方向（正転方向）に回される。これによって、第２ロータ２２の保持部の外周に対する、複数のスプリング３５の各々の巻き付けが緩められるため、複数のスプリング３５の付勢力によって複数の弁２７がピン２６を中心にしてケーシング１９の内周面側に押圧され、複数の弁２７のシート部４１がケーシング１９の内周面に接触して環状空間２３を複数の可変容積空間３７に区画する弁全閉状態に切り替えられる。
【００４６】
したがって、第１ロータ２１および第１モータ３１で、第２ロータ２２、複数の弁２７、第２モータ３２および複数のスプリング３５を含む内蔵物全体を回すことで、内蔵物全体が弁全閉状態で回転することになり、目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいて第１モータ３１の回転速度を制御する過給制御が実施される。
なお、第１モータ３１の目標回転速度を、運転者のアクセル操作量のみ、あるいはアクセル開度とエンジン回転速度とから直接算出するようにして、第１モータ３１の実回転速度が第１モータ３１の目標回転速度となるように第１モータ３１のステータコイルに印加する過給機駆動電流を調整するようにしても良い。
【００４７】
そして、ＥＣＵにより回転速度が制御されている第１モータ３１の駆動軸が回されると、この駆動軸の回転に伴って第１ロータ２１が図示右回転方向に回転する。これにより、図１（ａ）、図２ないし図４に示したように、第１ロータ２１と一体的に複数の弁２７、複数のスプリング３５および第２ロータ２２が回転して、複数の可変容積空間３７の容積が変化（増大した後に減少）する。これにより、ケーシング１９の空気吸入口より１つの可変容積空間３７内に吸い込まれた吸入空気は、第１、第２ロータ２１、２２の図示右回転方向の回転に従って吸入行程→圧縮開始行程→圧縮行程→吐出行程を経てケーシング１９の空気吐出口より、電動過給機２よりも下流側の吸気通路１２内に吐出される。
【００４８】
したがって、電動過給機２に流入した吸入空気は、複数の可変容積空間３７の容積変化を繰り返すことによって、つまり可変容積空間３７の容積が増大と減少とを繰り返すことによって圧縮されて、圧力（吸気管圧力）が増大し過給される。そして、電動過給機２内で圧縮されて吐出された吸入空気は、サージタンク１６およびインテークマニホールド（またはインテークパイプ）を経由してエンジンの吸気ポート３内に到達する。そして、吸気ポート３内で、インジェクタ９の噴射孔から噴射された燃料噴霧と混合して燃焼室４内に吸入される。
【００４９】
ハ）運転者がアクセルぺダルを急激に踏み込む等のフル加速（急加速）時
ＥＣＵは、フル加速で、第１モータ３１の応答遅れを要因として目標過給圧に実過給圧が追従しない時に、先ず第１モータ３１のステータコイルへの通電を停止し、且つ第２モータ３２のステータコイルを通電して、第２モータ３２を一定の回転速度で回転させる。そして、第２モータ３２の駆動軸３３が回されると、この駆動軸３３の回転に伴ってフレキシブルジョイント３４および第２ロータ２２が図示右回転方向（正転方向）に回転する。これによって、複数のスプリング３５の各々が第２ロータ２２の保持部の外周に更に巻き付けられるため、複数のスプリング３５の付勢力によって複数の弁２７がピン２６を中心にして第１ロータ２１の外周縁３０側に引っ張られ、複数の弁２７の接触部４２が第１ロータ２１の外周縁３０に接触して環状空間２３を形成する弁全開状態に切り替えられる。
【００５０】
したがって、第２ロータ２２および第２モータ３２で、複数のスプリング３５、複数の弁２７、第１ロータ２１および第１モータ３１を含む内蔵物全体を回すことで、図１（ｂ）、図５ないし図７に示したように、内蔵物全体が弁全開状態で回転する。そして、ＥＣＵは、内蔵物全体が弁全開状態で回転し始めたら、第１モータ３１のステータコイルへの通電を再開して第１ロータ２１を回し始め、更に第１モータ３１の回転速度を第１モータ３１の目標回転速度まで増速させて行く。
【００５１】
次に、ＥＣＵは、第１モータ３１の回転速度が第１モータ３１の目標回転速度に近づいたら、第２モータ３２の回転速度を徐々に低下させて行き、第１モータ３１の回転速度が第１モータ３１の目標回転速度（目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいて算出される第１モータ３１の目標回転速度）に略一致したら、第２モータ３２のステータコイルへの通電を停止する。これにより、第１ロータ２１および第１モータ３１で、第２ロータ２２、複数の弁２７、第２モータ３２および複数のスプリング３５を含む内蔵物全体を回すことで、弁全閉状態で回転することになる。
【００５２】
ニ）第１モータ３１の異常故障時
ＥＣＵは、第１モータ３１とＥＣＵの第１モータ駆動回路とを結線するワイヤーハーネスが断線したり、ショートしたりして、第１モータ３１がフェイル（異常停止）したことを検出する第１モータ（第１電動機）故障検出手段を有している。そして、ＥＣＵは、第１モータ３１がフェイル（異常停止）したことを検出すると、先ず第１モータ３１のステータコイルへの通電を停止し、且つ第２モータ３２のステータコイルに印加する過給機駆動電流を調整して、第１ロータ２１に対して第２ロータ２２を相対回転させて複数の弁２７を全開方向に駆動する。これにより、複数の弁２７の開閉状態は、弁全閉状態と弁全開状態との中間の中間開度状態に切り替えられる。そして、アクセル開度とエンジン回転速度とに対応して、第１ロータ２１に対する第２ロータ２２の相対回転角度を制御することで、つまり第２モータ３２を正転方向または逆転方向に制御することで、複数の弁２７の弁開度を可変制御して、ケーシング１９の内周面と複数の弁２７との間に形成されるクリアランス（隙間）の開口面積を調整する吸気量可変制御が実施される。
【００５３】
ホ）第２モータ３２の異常故障時
ＥＣＵは、第２モータ３２とＥＣＵの第２モータ駆動回路とを結線するワイヤーハーネスが断線したり、ショートしたりして、第２モータ３２がフェイル（異常停止）したことを検出する第２モータ（第２電動機）故障検出手段を有している。そして、ＥＣＵは、第２モータ３２がフェイル（異常停止）したことを検出すると、先ず第２モータ３２のステータコイルへの通電を停止し、且つ第１モータ３１のステータコイルに印加する過給機駆動電流を調整して、第２ロータ２２に対して第１ロータ２１を相対回転させて複数の弁２７を全閉方向に駆動する。これにより、複数の弁２７の開閉状態は、図１（ａ）、図２ないし図４に示したように、弁全閉状態に切り替えられる。そして、上記の吸入空気の過給が必要な高負荷運転時と同様にして、目標過給圧と実過給圧との偏差に対応して第１モータ３１の回転速度を制御する過給制御が実施される。
【００５４】
［実施例１の特徴］
以上のように、本実施例の内燃機関用吸気過給装置においては、電動過給機２の回転体の駆動方式を２軸方式に変え、第１、第２ロータ２１、２２にそれぞれ第１、第２モータ３１、３２の駆動軸３３を駆動連結し、第２ロータ２２は第１ロータ２１の空洞部２８内を自由に往復移動できるように構成している。また、複数のスプリング３５の各々は、運転者がアクセルぺダルを急激に踏み込む等のフル加速（急加速）時等に全ての弁２７の接触部４２が第１ロータ２１の外周縁３０に接触し（弁全開状態）、且つ吸入空気の過給が必要な高負荷運転時に所定の張力（付勢力）が全ての弁２７のシート部４１に均等に働き、全ての弁２７のシート部４１がケーシング１９の内周面に接触する（弁全閉状態）ように均等の長さに設定されて、第２ロータ２２と複数の弁２７とに連結されている。また、第２ロータ２２の嵌合部と第２モータ３２の駆動軸３３とは、第２ロータ２２が、ケーシング１９の中心位置近傍と第１ロータ２１の回転中心位置近傍とを結ぶ軸線上を直線的に往復移動できるフレキシブルジョイント３４で駆動連結している。
【００５５】
これによって、電動過給機２は、第１ロータ２１および第１モータ３１で、第２ロータ２２、複数の弁２７、第２モータ３２および複数のスプリング３５を含む内蔵物全体を回すことで、図１（ａ）、図２ないし図４に示したように、内蔵物全体が弁全閉状態で回る構造となっている。また、第２ロータ２２および第２モータ３２で、複数のスプリング３５、複数の弁２７、第１ロータ２１および第１モータ３１を含む内蔵物全体を回すことで、図１（ｂ）、図５ないし図７に示したように、内蔵物全体が弁全開状態で回る構造となっている。さらに、電動過給機２は、第１ロータ２１および第１モータ３１の回転を停止した状態で、第１ロータ２１および第１モータ３１に対する、第２ロータ２２および第２モータ３２の相対回転角度を、エンジンの運転状態に対応して設定される目標吸気量に基づいて可変制御することで、スロットルバルブやアイドルスピードコントロールバルブを用いた場合と同じように吸気量制御を実施することが可能な構造となっている。
【００５６】
また、低負荷運転時またはアイドル運転時に、第１ロータ２１をロックし、且つ第２モータ３２で複数の弁２７の弁開度を可変とする弁開閉制御を実施することで、吸気管負圧によって複数の弁２７の接触部４２が第１ロータ２１の外周縁３０に張り付いてケーシング１９の内周面と第１ロータ２１の外周面との間に形成される環状空間２３の流路開口面積が最大（全開）となることはなく、アクセル操作に対応した比較的少ない吸入空気量の吸入空気を、エンジンの燃焼室４内に供給することが可能となる。すなわち、スロットルボデー、スロットルバルブ、アイドルスピードコントロールバルブおよびスロットル開度センサ等の機能部品により構成される内燃機関用吸気絞り弁装置を廃止しても、アクセル操作に対応して吸入空気量を可変制御する吸気量可変制御を実施できるので、内燃機関用吸気過給装置の部品点数の削減および小型化を達成することができる。
【００５７】
また、高負荷運転時には、エンジンの運転状態を各センサで検出し、ＥＣＵが最適条件（例えば目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいて計算される第１モータ３１の目標回転速度）を演算して、第１モータ３１のみで内蔵物全体を弁全閉状態で回転させることで、エンジンの燃焼室４内に吸入される吸入空気を過給することができるので、理想の燃費と出力とを得ることができ、エンジンの小型化を図ることができる。また、電動過給機２よりも下流側の吸気通路１２が負圧であっても、エンジンの燃焼室４内に確実に圧縮空気を圧送供給できるので、エンジン吸気管１に電動過給機２を使用することができる。
【００５８】
また、エンジンのフル加速時には、特に内蔵物全体を回転駆動する第１モータ３１の応答遅れに起因して、アクセル開度の変化量に対応して設定される目標過給圧に対する制御過給圧（実過給圧）の追従性が悪くなり、吸入空気量の増量遅れおよびエンジン回転速度の上昇遅れが発生する。このような時には、一旦第２モータ３２を回し第２モータ３２のみで内蔵物全体を弁全開状態で回すことで、ケーシング１９の内周面と第１ロータ２１の外周面との間に形成される環状空間２３の流路開口面積を最大（全開）とする。これによって、エンジンの吸入行程で発生する吸気管負圧により電動過給機２の環状空間２３を経由してエンジンの燃焼室４内に吸入空気が吸入され、エンジン回転速度を上昇させるのに必要な吸入空気量を得ることができる。したがって、第１モータ３１の応答遅れに起因する吸入空気量の増量遅れおよびエンジン回転速度の上昇遅れを解消することができる。これにより、例えば運転者のアクセル操作量に対応した加速感を得ることができ、ドライバビリティを向上させることができる。
【００５９】
そして、上記のように第２モータ３２を回し内蔵物全体を弁全開状態で回してから、第１モータ３１への通電を介して第１ロータ２１を回し始め、第１ロータ２１の回転速度が空気全開相当になり始めたら、第２モータ３２の回転速度を徐々に落として行き、内蔵物全体が弁全閉状態で回るようになったら第２モータ３２への通電を停止するようにすれば、トルクショックもなく、スムーズに電動過給機２の可変容積空間３７内に流入した吸入空気を可変容積空間３７の容積変化に伴って過給することができる。
【００６０】
また、万一、通常の過給制御に使用される第１モータ３１がフェイル（異常停止）しても、第２モータ３２で複数の弁２７の弁開度を可変とする弁開閉制御を実施することで、スロットルバルブの如く、吸入空気をエンジンの燃焼室４内に吸入させることができるので、エンジンが止まってしまうことを防止することができる。したがって、通常走行が可能となり、車両を安全な場所に退避走行（リンプフォーム）させることが可能なフェールセーフ構造になっている。また、万一、弁全閉状態から弁全開状態に切り替えるための第２モータ３２がフェイル（異常停止）しても、第１ロータ２１および第１モータ３１で、第２ロータ２２、複数の弁２７、第２モータ３２および複数のスプリング３５を含む内蔵物全体を回すことができるので、内蔵物全体が弁全閉状態で回り、エンジンの燃焼室４内に吸入される吸入空気を過給する過給制御を実施することが可能である。
【００６１】
また、第２モータ３２は、通常の高負荷運転時にはＯＦＦ状態で使用されている。このため、通常の高負荷運転時には、第２モータ３２の駆動軸３３が第１モータ３１の回転力によって第２ロータ２２およびフレキシブルジョイント３４と共に回されるので、第２モータ３２は、車載バッテリの充電および電気装置へ電力を供給する発電機として機能し、電気エネルギーの自給自足を行うことができる。
また、ケーシング１９の内周面に複数の弁２７のシート部４１を押圧する複数のスプリング３５の付勢力（張力）を均一化できるので、ケーシング１９の内周面と複数の弁２７のシート部４１との間の異常摩耗を防止することができる。
【００６２】
［変形例］
なお、本実施例の電動過給機２に、圧力センサやトルクセンサを取り付け、弁負荷抵抗を検出して、第２ロータ２２、フレキシブルジョイント３４、第２モータ３２の駆動軸３３の回転をＥＣＵで制御すれば、負荷抵抗を最小に抑えた電動過給機を提供することができる。また、第１ロータ２１のみを回転駆動する第１電動機（回転体駆動手段）と、弁全開状態から弁全閉状態に切り替える第１電動機（開閉状態切替手段）とを別体の電動機で構成しても良い。また、第２ロータ２２のみを回転駆動する第２電動機（回転体駆動手段）と、弁全閉状態から弁全開状態に切り替える第２電動機（開閉状態切替手段）とを別体の電動機で構成しても良い。また、エンジン停止時またはエンジン始動時には、弁全閉状態から弁全開状態に切り替えるようにしても良い。
【００６３】
また、フル加速で第１モータ３１の応答遅れを要因として目標過給圧に実過給圧が追従しない時に、所定の条件を満足するまで、第１モータ３１のステータコイルへの通電を停止し、且つ第２モータ３２のステータコイルに印加する過給機駆動電流を調整して、弁全閉状態から弁全開状態に切り替えるように構成しても良い。なお、所定の条件を満足するまでとは、例えば弁全開状態に切り替えてから一定時間が経過するまでの開弁期間、あるいは目標過給圧と実過給圧との偏差がなくなるまでの期間を指す。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】（ａ）は電動過給機の弁全閉状態を示した概略図で、（ｂ）は電動過給機の弁全開状態を示した概略図である（実施例１）。
【図２】内燃機関用吸気過給装置の全体構成を示した概略図である（実施例１）。
【図３】電動過給機の弁全閉状態を示した斜視図である（実施例１）。
【図４】電動過給機の弁全閉状態を示した断面図である（実施例１）。
【図５】内燃機関用吸気過給装置の全体構成を示した概略図である（実施例１）。
【図６】電動過給機の弁全開状態を示した斜視図である（実施例１）。
【図７】電動過給機の弁全開状態を示した断面図である（実施例１）。
【図８】容積形ポンプの主要構造を示した断面図である（従来の技術）。
【符号の説明】
【００６５】
１  エンジン吸気管
２  電動過給機
４  エンジンの燃焼室
１９  ケーシング
２１  第１ロータ（第１回転体）
２２  第２ロータ（第２回転体）
２３  環状空間
２６  ピン（支軸）
２７  弁（弁体）
２８  空洞部
３１  第１モータ（第１電動機）
３２  第２モータ（第２電動機）
３４  フレキシブルジョイント
３５  スプリング（弁体付勢手段、線状弾性体）
３７  可変容積空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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